CN109098215B - 一种桩基低应变检测方法 - Google Patents

Abstract

发明提供一种桩基低应变检测方法。该方法包括检测准备、套设圆环、确定低应变检测传感器位置、连接低应变动测仪、确定测锤激振点位置、应力波产生和应力波采集等步骤。该方法可得到应力波沿桩基传播规律，消除因测锤偏离桩中心而产生的高频干扰，操作简单、实施方便、检测费用低、检测精度高，是一种桩基低应变检测的高效方法。

Description

一种桩基低应变检测方法

技术领域

本发明涉及土木工程桩基检测技术领域，特别涉及一种用于消 除桩基低应变检测高频干扰的检测方法。

背景技术

桩基础在道路、桥梁和房屋建筑等土木工程领域中应用广泛。 桩基完整性检测工作是确保桩基工程施工质量至关重要的一个环 节，其中低应变测试中的应力波反射法以其简单易行的特点，成为 目前工程中应用最为广泛的桩身检测方法。

应力波反射法的理论基础是一维波动方程，其将桩视为一维线 弹性杆件。参见图1，桩基检测过程中，在桩顶横截面中心处施加一 垂直激振后，弹性波将向下传播，然后弹性波从桩底反射回桩顶预 先安放的传感器中，传感器链接到计算机，便可以检测到桩顶应力 波的速度响应曲线。如果桩身完整，速度响应曲线中入射波和反射 波之间的曲线是光滑的，如果桩身中存在明显的差异截面(如断桩、 严重离析、缩颈、扩颈等)，向下传播的应力波也将会反射回桩顶， 反映到速度响应曲线上表现为入射波和反射波之间存在一些反射 波。

传统的桩基应力波检测理论是基于平截面假定的一维波动理 论，忽略桩身横向尺寸，假设波只沿纵向传播。然而实际工程中， 由于桩身横向尺寸远大于测锤尺寸，横截面假定不准确，桩基检测 中经常存在明显的高频干扰，显著影响桩身完整性测试的准确性。同时，现有的桩基检测规范中规定，锤击过程中需将测锤锤击桩顶 中心处。然而在锤击过程中需要先将测锤抬起，然后瞄准桩顶中心 锤击，很难保证测锤击中桩中心，如果锤击点偏离桩中心将会产生 偏心荷载，此时基于桩基低应变检测问题不再是一个轴对称问题，而是一个非轴对称的三维问题，由于测锤偏离桩中心导致的偏心荷 载将会产生额外的高频干扰波。桩顶激振高频波的存在，将导致桩 身缺陷难以判断，施工质量难以评估。

发明内容

本发明的目的是提供一种桩基低应变检测方法，以解决现有技 术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种桩基低应 变检测方法，包括以下步骤：

1)将待检测桩基的桩顶浮浆、破损和/或松散部分去除并磨平， 露出混凝土表面。确定桩基的半径R。

2)将两个圆环套设在低应变检测传感器的外侧。其中，每个圆 环上均卷绕有1条带刻度的软线；

3)使用软线确定桩顶中心，并将低应变检测传感器安装到桩顶 中心处。

4)将所述低应变检测传感器与低应变动测仪连接。

5)标记桩顶处距桩顶中心0.5R～0.7R距离范围内的区域为测锤激振点容许位置范围。

6)使用测锤敲击测锤激振点容许位置范围内任意位置，产生激 振力。

7)应力波采集。应力波到达所述低应变检测传感器位置并产生 加速度响应。所述低应变检测传感器得到加速度响应数据，并输送 至低应变动测仪。

8)重复步骤1)～7)，根据速度响应曲线进行综合判断，直至完 成全部桩基检测。

进一步，所述软线的起始刻度为圆环的半径值，刻度值随远离 圆环而逐渐增大。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

A.有效消除桩基低应变检测过程中的高频干扰；

B.操作简单高效，检测精度高；

C.无需借助外来设备，检测费用少，检测人员劳动强度低。

附图说明

图1为传统测量方法示意图；

图2为测锤偏离桩顶中心的速度响应曲线示意图；

图3为传感器和激振点示意图；

图4为桩基低应变检测示意图；

图5为消除高频干扰装置安装位置示意图；

图6为圆环与软线示意图；

图7为速度响应曲线对比图；

图8为测锤最佳测点示意图。

图中：低应变检测传感器1、低应变动测仪2、测锤3、桩基4、 圆环5、软线6。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本 发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思 想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换 和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参见图1和图7，R为桩基半径。r为传感器距离桩顶中心距离。 R₀为测锤距离桩顶中心距离。传统桩基低应变检测方法要求测锤激 振点位于桩顶中心，而实际工程中测锤往往偏离中心，导致高频干 扰。参见图2，传感器位于桩顶距中心0.6R位置处，测锤激振点偏离桩顶中心，研究表明只有在激振点与传感器位置所形成的圆心角 为90°时，高频干扰最小，其余角度高频干扰很明显，会影响桩身 完整性判断，容易误判为缺陷。

本实施例的检测方法由严格的数学解析推导而来。

引入如下基本假定：桩体为线弹性材料，且与桩周土体位移、 应力连续。土体为粘弹性材料，且忽略土体纵向应力梯度变化。桩 底土体的作用采用刚性圆盘位于弹性半空间上的弹性刚度模拟。桩 土系统在低应变荷载作用下产生的振动为小变形，且只考虑桩土系统的纵向位移。测锤激振力以半正弦集中激励来模拟。

根据弹性动力学理论，建立忽略土体纵向应力梯度的运动方程：

式中，u_s为土体纵向位移(m)，G_s和G_s′分别为土体剪切模量的实 部(MPa)和虚部阻尼(MPa)，ρ_s为土体密度(kg/m³)，

取桩身微元体做纵向动力平衡分析，可得桩基振动基本方程为；

式中，u_p为桩体的纵向位移(m)，λ_p和G_p为桩体材料的拉梅常数。

采用傅里叶变换和分离变量法并结合边界条件和连续性条件， 可得到桩顶位移三维频域解析解：

式中，

R₀表示测锤距离桩顶中心的距离(m)，r表示传感器距离桩顶中心的 距离(m)。

由式(4)可知，R₀和r任意一个为0，ξ_mn的值均不发生变化， 因此桩顶位移U_p(z,θ,r,ω)不发生变化，桩顶速度响应曲线也不发生 变化。根据数学解析推导，将如图1所示传统测量方法中的测锤和 传感器位置互换，得到的速度响应曲线是相同的。

本实施例公开一种桩基低应变检测方法，包括以下步骤：

1)检测准备：将待检测桩基4的桩顶浮浆、破损和/或松散部 分去除并磨平，露出混凝土表面。确定桩基4的半径R。

2)参见图4和图5，将两个圆环5套设在低应变检测传感器1 的外侧。其中，参见图6，每个圆环5上均卷绕有1条带刻度的软线 6。所述软线6的起始刻度为圆环5的半径值，刻度值随远离圆环5 而逐渐增大。

3)使用软线6确定桩顶中心，并将低应变检测传感器1安装到 桩顶中心处。具体地，将2条软线6拉直并使刻度数R对齐桩基4 桩顶边缘，此时所述低应变检测传感器1位于桩顶中心，即为所述 低应变检测传感器1需要安装的位置。

4)将所述低应变检测传感器1与多通道的低应变动测仪2连接。

5)参见图3，使用软线6确定并标记桩顶处距桩顶中心0.5R～0.7R距离范围内的区域为测锤激振点容许位置范围。

值得说明的是，桩顶中心位置安放低应变检测传感器1，测锤3敲击桩顶任意位置后产生应力波，应力波到达低应变检测传感器1位置产生加速度响应，低应变检测传感器1得到加速度响应数据并传递给低应变动测仪2，低应变动测仪2软件对加速度时程曲线进行积分，得到速度响应曲线。通过锤击桩顶不同测点位置，可以得到不同的加速度响应曲线。测锤最佳测点位置并非始终不变，还取决于桩基和周围土体参数。参见图8，通过分析不同测点处的加速度响应曲线可以发现：测锤位置不同高频干扰程度不同。测锤3敲击距桩顶中心0.5R～0.7R距离范围内的区域，可以有效避免因锤击点偏离桩中心而产生的高频干扰，为最佳测点位置。

6)应力波产生：使用测锤3敲击测锤激振点容许位置范围内任 意位置，产生激振力，激振点受到激振力产生应力波，应力波沿桩 基4传播。

7)应力波采集。应力波到达所述低应变检测传感器1位置并产 生加速度响应。所述低应变检测传感器1得到加速度响应数据，并 输送至低应变动测仪2。低应变动测仪2对加速度时程曲线积分，得 到速度响应曲线。参见图6，本实施例所述方法与传统桩基低应变检 测方法相比，低应变检测传感器1和测锤3位置互换前后的速度响 应曲线吻合。

8)重复步骤1)～7)，根据速度响应曲线即可进行综合判断桩身 是否存在缺陷，直至完成全部桩基检测。

本实施例无需借助外部设备，便能简单有效地消除检测过程中 的高频干扰。将低应变检测传感器与测锤激振点位置互换，可以得 到应力波沿桩基传播规律，消除因测锤偏离桩中心而产生的高频干 扰，比传统的在桩顶施加激振力的检测方法更加优越。本实施例操 作简单、实施方便、检测费用低、检测精度高，是一种桩基低应变 检测的高效方法。

Claims (1)

1.一种桩基低应变检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将待检测桩基（4）的桩顶浮浆、破损和∕或松散部分去除并磨平，露出混凝土表面；确定桩基（4）的半径R；

2)将两个圆环（5）套设在低应变检测传感器（1）的外侧；其中，每个圆环（5）上均卷绕有1条带刻度的软线（6）；所述软线（6）的起始刻度为圆环（5）的半径值，刻度值随远离圆环（5）的方向而逐渐增大；

3)使用软线（6）确定桩顶中心，并将低应变检测传感器（1）安装到桩顶中心处；

4)将所述低应变检测传感器（1）与低应变动测仪（2）连接；

5)标记桩顶处距桩顶中心0.5R～0.7R距离范围内的区域为测锤激振点容许位置范围；

6)使用测锤（3）敲击测锤激振点容许位置范围内任意位置，产生激振力；

7)应力波采集；应力波到达所述低应变检测传感器（1）位置并产生加速度响应；所述低应变检测传感器（1）得到加速度响应数据，并输送至低应变动测仪（2）；

8)重复步骤1)～7)，根据速度响应曲线进行综合判断，直至完成全部桩基检测。

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